相控阵三体折叠船风动遥控改造及其在流量测验中的应用_韦德宁.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）相控阵ADCP所配的三体折叠船无动力，只能用外力如人力拉绳子或缆道牵引测流，三体折叠船安装的相控阵ADCP相对固定，不容易移装到遥控船进行遥控测流。为使相控阵三体折叠船具有遥控自动测流，我们在不破坏相控阵三体折叠船原来的基础上，利用风动技术进行遥控改造。1系统总体设计目前水文系统测流的遥控船都是利用水下旋桨的推力推动，水下旋桨有一个缺点就是容易被水中的水草等杂物缠绕而失去动力，从而使遥控船失控，同时旋桨安装在船体水下，容易造成船体进水，线路短路。因此，考虑动力装置尽量不与水体接触，因此选择了空气动力推动船体移动，也即在相控阵ADCP所配的三体船左右翼上加装风力驱动装置（船上风叶旋桨）。要在相控阵三体折叠船上加装风动装置，不但要考虑运输方便，还要在现场能快速进入工作状态，因此风动机臂采用折叠方式，桨叶也是折叠桨和快卸装置，这样更便于运输和安装。三体折叠船遥控的改造需加装：动力电源、接收机、开关电源控制模块（以上部件安装在船体内）、电调、折叠旋桨、直流无刷电机和机臂（安装在三体船的左右翼）、遥控器等。系统框架图见图1。图1系统框架图遥控器采用乐迪AT9S航模2.4 G遥控器，在地面无遮挡和没有其它信号干扰的情况下，遥控距离可达到500 m，空中可达1 km。这款遥控器有双工遥控设置动能，也就是说发射机和接收机同时具备了发送信息和接收信息的动能，在遥控器上可以显示遥控船电池电压，防止遥船用电过度造成失控。风动能采用4110型420 kW直流无刷电机（见图2），此类电机采用三相电机原理，内部没有换向器和电刷，必须配备由驱动器控制的电子换向器（简称电调），根据PWM信号宽度改变电机转向和旋转方向。配合15寸折叠桨，电压22.2 V，60 A正反转电调，最大推力可达到4 kG（如需要更大动力可以更换更大的无刷电机）。相控阵三体折叠船风动遥控改造及其在流量测验中的应用韦德宁，李丽萍（陆川水文中心站，广西陆川537700）摘要为了使相控阵ADCP三体折叠船具有遥控自动测流，在不破坏相控阵三体折叠船的基础上，利用风动技术进行遥控改造。改造后的三体折叠船在遥控流量测验应用中取到了良好效果。介绍了相控阵ADCP三体折叠船风动遥控改造的总体设计、改造方法和应用情况。关键词三体折叠船；风动力改造；遥控；流量测验中图分类号P335文献标识码A文章编号1003-1510（2023）01-0055-03收稿日期2022-12-12作者简介韦德宁（1972-），男（壮族），广西横县人，玉林水文中心工程师，主要从事水文与水资源测报工作。新技术研究与应用 55DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.01.005韦德宁，李丽萍:相控阵三体折叠船风动遥控改造及其在流量测验中的应用原相控阵ADCP电源使用12V8AH免维护铅酸电池，为了减轻船体重量，改用24V15AH锂电池组，加装稳压DC-DC模块将锂电池组24 V降12 V供相控阵ADCP电源使用，相控阵ADCP电源与动力共用锂电池供电。开关电源控制模块主要功能是实现小电流开关控制大电流开关，通电时不会产生火花，负载电流可达100 A，电流过大时自动断电，起到保护锂电池的作用。考虑到运输要方便，机臂采用折叠方式，又要工作时机臂又不能折叠回来。经过多次考证和试验，最后采用多旋翼机的折叠机臂件改装，这种折叠机臂件采用双弹簧自动锁紧结构，机臂打开后可自动锁紧（见图3）。折叠机臂安装在三体船左右翼最未端的凹槽，机臂采用碳纤维管有强度高、重量轻的特点，减轻船体重量。无刷电机和机臂不用时可以折叠回三体船左右翼的凹槽处，电调也安装在三体船左右翼的凹槽里。所有电路板和焊接头都使用防水漆喷涂，防水漆形成的保护膜可以有效地绝缘、防潮、防漏电、防腐蚀等性能，防水等级可达到IP65级别，可延长其使用寿命。船体密封使用耐高温防漏水耐油发动机密封胶。改装成品见图4。2遥控船电机运动测试测试步骤主要是由手持式遥控器发出运动控制指令，这个时候测量由发出指令到相控阵三体船相应动作所响应的时间。在测试三体船运动状态时，是在水流比较平缓的河段下进行的，由遥控器分别发出前进、后退、左转、右转和停止5个指令以及调节PWM脉冲信号宽度改变电机转向和速度的指令时，认真观察三体船的运动状态和响应时间，能否能够保持稳定航行，测试结果见表1。图2直流无刷电机图3折叠机臂56广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）表1相控阵三体船遥控测试结果表指令信号前进后退左转右转停止响应时间1 s1 s1 s1 s1 s运动状况船体速度0.011.8 m/s之间，运动稳定船体速度0.011.8 m/s之间，运动稳定船体左转船体右转船体螺旋桨停止转动从表1可以看出，遥控终端发出运动指令时，三体船非常快速的响应遥控器发来的指令，随之控制三体船平稳进行运动。当船体平稳运行时，最大速度可达1.8 m/s，同时在转弯时比较稳定。综上所述，改造的相控阵三体船能够迅速地响应遥控终端传来的控制指令，并且能够完成相应的动作，操作起来非常的方便灵活，满足测流使用的要求。3应用改装后的相控阵三体船，当水面流速在1.5 m/s以下时选用遥控器直接控制相控阵三体船设备进行流量测验，当流速超过1.5 m/s时则可在桥梁断面加人力吊绳辅助牵引，用遥控器控制相控阵三体船进行流量监测，可以保证仪器平稳，流量测验往返误差都能控制在5%以内，达到流量测验的要求，能较好地完成流量监测任务（见图5）。操控人员应控制三体船匀速行驶，船速应小于或接近流速，不应突然加速、急速摆动等，避免形成ADCP测流盲区。图5流量测验4结语以风动技术为核心，改造现有的相控阵ADCP所配的三体折叠船，最终改装成功并投入使用，取得了良好的效果。进行船体的改造和蓄电池的升级，有效保留了船体的轻便好收纳、续航时间增加、有效防止螺旋桨卷入漂浮物等优点。具有遥控船的功能（能前进、后退、左右转弯、行驶稳、遥控距离可达到500 m等），不怕雨，能在下雨天遥控测流，满足流量测验的要求。该改造技术投资少（3000元左右），改造简单，不破坏三体船的结构、功能和外观，值得推广应用。（责任编辑：刘征湛）图4改装成品（英文摘要下转第 62 页）57Actual application of information technology in hydrology of GuangxiWEI Xin-yi1,ZHUANG Wan-ying2(1.Hydrology Center of Hechi City,Hechi 547000,China;2.Guangxi Water&Power Design Institute Co.,Ltd.,Nanning 530023,China)Abstract:Information technology and the mode of a net,a cloud and double platforms are applied in the hydrologicalwork of Guangxi,which greatly upgrade the capability of hydrologic monitoring,forecasting and alarm,and provideservice of higher quality for flood and drought control work.Taking Duan Hydrological Central Station as example,an introduction was made on the actual application of information technology in hydrological departments of provincial and county levels of GuangxiKey words：Hydrological information technology;a net;a cloud;double platforms;Duan Hydrological Central StationWind power remote control transformation of phased array trimaranfolding boat and its application in flow measurementWEI De-ning,LI Li-ping(Luchuan Hydrological Central Station,Luchuan 537700,China)Abstract:In order to have the phased array ADCP trimaran folding boat permit remote control automatic flow measurement,remote control transformation was carried out by wind power technology without damage of the boat.Remote control flow measurement with this modified boat renders good application effect.An introduction was made onthe overall design of wind power remote control transformation,modification method and application of phased arrayADCP trimaran folding boat.Key words：Trimaran folding boat;wind power transformation;remote control;flow measurement（上接第 57 页）韦新一，庄婉莹:信息化技术在广西水文的实际应用62